Ethernet kabel og RJ45 spesifikasjoner

Å beskrive Ethernet er langt vanskeligere enn de andre kabel/kommunikasjons standardene som er beskrevet på Irontech’s sider. Årsaken til dette er at ”det er en helt annen verden” pga at langt mer software er involvert (protokoller og lag). Vi vil imidlertid begrense beskrivelsen til konnektorer og kabler, også kalt "transport layer", dvs i hovedsak kobber kabel og konnektorer. Vær oppmerksom på at det skjer mye mht utvikling og at noe av informasjonen nedenunder kan være utdatert når dette leses.

Ethernet slik vi i dag kjenner det ble definert i 1972-1973 av Xerox, men fungerte under et annet navn allerede fra 1972.
Fargekodene for Ethernet kabling er definert ihht TIA/EIA 568A og 568B.
Pinout er definert ihht standard IEEE 802.3u (se også PoE). 802.11b, 802.11g og 802.11n er Wifi / Wlan trådløse ethernet standarder. Den trådløse teknologien ligger fortsatt langt etter den kablede når vi snakker om hastighet.

Det finnes en rekke kabel standarder som oppfyller tradisjonelt ethernet og kan oppsummeres som følger:

1000Base-TX blir som oftest beskrevet som Gigabit ethernet -Gbps (ihht. IEEE 802.3ab) som bl.a. støttes av noen av våre små vifteløse industri PC'er, mens 100Base-TX beskrives som Megabit ethernet - Mbps. Disse hastighetene oppnås ved bruk av forskjellig kabling.

F.eks. er forskjellen mellom cat 3 og cat 5 at i cat 5 kablene er hvert trådpar tvunnet (twisted) mer slik at det ikke skal oppstå støy (crosstalk). Kobber tråder (som f. eks. ethernet kabel) har imidlertid den evnen at de kan lagre noe energi fra tidligere signal bit. Twisted pair som brukes for bl.a. ethernet har en kapasitance på 17-20 pF. En kabel tester vil kunne si om denne spesifikasjonen er nådd.
Om kabelen presses hardt sammen kan det også oppstå støy (crosstalk) fordi kabel parene presses sammen inne i kabelen. Pass derfor på at kabelen ikke blir liggende for mye i klem. Slik "klem" på kabelen kan også skje om den bøyes for mye. Avhengig av kabel type (f.eks. patche kabel med tvunnet kobberleder vers fast instalasjons kabel med 1 kobberleder) er tommelfinger regelen at de ikke skal ha en radius mer enn 4-8 ganger kabeltykkelsen.
Tilsvarende problem oppstår om kablene "strippses" for hardt sammen (eller inn til annet metal). Unngå derfor å "strippse" ethernet kabler for stramt.
Støy fra spenningskabler kan også oppstå. Av den grunn er det ikke å anbefale å legge kabler i taket (f.eks. der det er senket tak) og i nærheten av lysstoffrør.

De mest brukte Ethernet kablene (Cat 3 til Cat 6) er som oftest av typen UTP (unshielded Twisted pair) og består at 4 trådpar som er tvunnet. Hver enkelt tråd har sin egen fargekode.
Men også STP og FTP kabler (Shielded Twisted Pair og FTP, som står for Foild Twisted Pair, brukes om hverandre) benyttes i utstrakt grad for Cat 5(26 AWG), Cat 5E (24AWG kabel) og Cat 6 (23 AWG). Også beskrivelsen SSTP brukes oftere og beskriver en "double shielded twisted pair" kabel. FTP kablene har en utvendig kappe for å motvirke støy. Disse kabeltypene benyttes innenfor stadig flere områder, og i den senere tid også vært brukt som kabel for LCD skjermer med HDMI interface og som kabel for seriel RS422 og 485 interface. RS232 kabel benytter gjerne andre kabeltyper, mens Cat 5 nå også begynner å bli brukt for USB kabler.
For sikkerhets skyld har det også kommet en 3.dje variant som kalles SFTP (Shielded Foil Twisted Pair) eller SSTP som har en dobbel kapsling. UTP kablene er på 100 OHM, men SFTP (Cat 6) er på 150 ohm.
Dessuten finnes en såkalt PIMF standard (bokstavene står for "Pairs in Metal Foil"). Slike kabler kan være spesifisert fra 300 MHz og opp til 1200MHz og benyttes både som Cat 6 kabel og cat 7 kabel.
Cat 7/F er enda en standard og kan benytte opptil 600 MHz båndbredde. Denne standarden benytter PIMF, men for å få maks hastighet er det ikke nok å definere den som PIMF ettersom hver enkelt fabrikant tilbyr forskjellige spesifikasjoner. Cat 7A skal derimot klare opptil 40Gbit/s men over kortere avstander enn det som er normalt (tester bekrefter avstander opptil 50 meter under gode forhold)

Alle disse standardene (UTP/STP/SFTP/SSTP) har altså nødvendigvis ingenting å gjøre med kabelens kvalitet/spesifikasjon, men er en beskrivelse av hvordan produsenten har løst støy problemet for å kunne møte spesifikasjonene i f.eks. Cat 5E, Cat 6,Cat 7/F eller 7A.

Å legge en ujordet kabel (UTP) er forholdsvis enkelt. I de mange tilfeller kan en oppnå et bedre resultat rent hastighetsmessig med Cat 5 enn med Cat 6 pga jordingsproblematikken. Enkelte mener imidlertid at dette med jording ikke er et problem. Ofte er dette basert på at de ikke opplever den nedsatte overføringshastigheten som et problem. Det går stadig heftige debatter på internet om hvordan STP/FTP/SFTP kabler bør legges/jordes. Hvilke løsning som velges må basere seg på problemstillingene som er aktuell for de enkelte bygg. Å legge CAT 6 kabel mellom bygninger blir sett på som svært vanskelig (optisk kabel er å foretrekke). Å legge Cat 6 i større foretningsbygg kan være vanskelig fordi det krever at kablene får samme jordingspotensial i begge ender, noe som i enkelte tilfeller krever separate jordingskabler parallelt med Cat 6 kabelen. Å legge Cat 6 i for mindre kontor/bolig arealer er nødvendigvis ikke like krevende, men vær oppmerksom på at forskjellig jordpotensiale kan skape kvalitetsforringelse og nedsatt hastighet. Vi er på vei inn i en tid med IP telefoni, og problemstillingene vil bli viktigere å løse i tiden som kommer. Svært få aksepterer dårlig kvalitet på telefon samtalene, og feil jording er en viktig årsak til støyproblemer ved IP telefoni (sammen med hastighetsbegrensning av tradisjonelle datapakker til PC verdenen)

Å legge Cat 6 kabel og benytte standard RJ45 (ujordet) i begge ender er som de fleste forstår en løsning som ikke er å anbefale. Ved uvær eller ved utladninger når lystoffrør tennes, etc, etc, vil kappen plukke opp ladningen og ikke ha mulighet til å sende den fra seg. Dermed fungere det som skulle vært jording som en kondensator. Dette er "Fy-fy". Cat 6 kabel MÅ benytte jordet RJ45 i minst en av endene. Et annet viktig punkt er at kablene ikke må avisoleres mer enn absolutt nødvendig (f.eks. 4-5 mm, maks 8mm) om en klarer å begrense det så mye) i konnektoren. Flere centimeter med avisiolering av kappen kan skape problemer.

Å jorde kabelen i begge ender er ofte å foretrekke, og blir sett på som helt naturlig når det gjelder korte patche kabler. Om det finnes mulighet for forskjellig jordpotensiale (noe som ofte er tilfelle ved legging av installasjons kabel over lengre kabelstrekk) bør en imidlertid være oppmerksom på den støyen krypstrømmer kan skape i kapslingen. Dette kan kreve egne jordledning i forholdsvis kraftige dimensjoner. Et alternativ er å legge galvanisk skille i begge ender.

I noen tilfeller er det enten så stor forskjell i jordpotensiale at det ikke er fornuftig å jorde begge ender og/eller det er vanskelig å legge separat jordkabel. I slike tilfeller kan det være en god løsning å jorde bare en ende. MEN -, vær forsiktig med å legge slike kabler nær lystoff rør eller i miljøer som utsettes for store utladninger (f.eks. tordenvær). Jeg har hørt historier om mennesker som har opplevd at håret plukker opp statisk elektrisitet i slike situasjoner. En kabel jordet i bare en ende vil kunne plukke opp denne type støy og sende det videre til datautstyret (routere, switcher, PC, etc), noe datautstyret ofte ikke tåler. Også i slike tilfeller kan det benyttes et galvanisk skille for at ikke datautstyret skal bli ødelagt.
Noen komponenter (PC eller perifert utstyr støtter dessuten ikke jordet ethernet kabel. jording blir derfor uaktuelt i slike tilfeller.

Noen mener at vi må leve med kortvarige (millisekunder ?) støyproblemer og innse at vi ikke kan få full båndbredde på kabelen til enhver tid. Derfor anbefaler noen det å legge en motstand (resistor) i serie med jord. Alternativt en kondensator, eller kondensator + resistor mellom jord og jordingskappen. På denne måten skal strømmen i kappen ledes bort om det oppstår et slikt problem.

Det er imidlertid vanskelig å være konsekvent å si at den ene av løsningene beskrevet ovenfor er bedre enn den andre. Hvert enkelt tilfelle må vurderes separat ettersom hver enkelt installasjon opplever forskjellig type problemer.

Kabling opptil Cat 5E har lenge benyttet TIA/EIA 568A fargekoding, mens Cat 6 benytter ofte TIA/EIA 568B, og ser nå ut til å overta i større grad. Fargekodene benyttes imidlertid uavhengig av hvilken kabeltype som benyttes. Det samme gjelder kabel lengder, antall ledere som benyttes, pinout (dvs fargekode på de forskjellige pinnene) etc. Derfor vil 10, 1000 og 1000Mb ethernet være kablet identisk med unntak av jordkappe som ofte brukes på cat 6 og cat 7 (dvs at connectoren også har jord tilkoppling fra utsiden av konnektoren). Men hold tunga rett i munnen når 10/100/1000 standardene blandes om det brukes telefoni på samme kabel eller 568A og 568B blandes i samme netverk om ikke utstyret har autoswitching mellom disse stqandarden.
Det kan bli mye feilsøking om nettverket ikke fungerer tilfredsstillende.
Dessuten finnes det fiber kabel som brukes i en del applikasjoner for å oppnå ekstreme hastigheter uten å generere RF støy samtidig som at de kan legges i støyutsatte miljøer og kan rekke flere km avhengig av fiber diameter.
Det er altså slik at en krysset kabel benytter TIA/EIA 568A i den ene enden og TIA/EIA 568B i den andre.

Nedenfor er fargekodene forsøkt beskrevet grafisk med 1-1 for 568A og 568B, samt krysset kabel (kombinasjon av disse).

Krysset kabel (T568A - T568B)	1 - 1 kabel med T568A standard
1 - 1 kabel med T568B standard

** Dessverre finnes det variasjoner av 100Base-T standarden (100Base-TX og 100Base-T4).
BI_xxx signalene (Pin 4 og 5 + 7 og 8) er ikke nødvendig om det KUN ! benyttes 100Base-TX og Cat 5/5E kabling, men kan i noen tilfeller benyttes i telefonsystemer, etc.
Pinout merket ** MÅ imidlertid benyttes om det benyttes Cat 3 eller Cat 4 kabling i systemet + nettverk der det benyttes PoE (se lenger ned). Det er derfor å anbefale å benytte alle lederne.

Det offisielle navnet på RJ45 skal være 8P8C, men RJ45 har blitt det de fleste beskriver det som.Cat 7/F og 7A benytter en såkalt GG45 konnektor som er kompatibel med 8P8C (RJ45). Alternativt benyttes TERA konnektorer for Cat 7/F og 7A

Det er en mengde forutsetninger (f.eks støy utsatt kabling) som bestemmer kabellengder. Som en generell regel kan en imidlertid benytte følgende tabell for max lengde for UTP kabler mellom PC-PC eller PC-HUB/Switch (totallengde er inkl patch kabel).

Om nettverket benytter 10Base-T kan det kjøres lengder opp mot 400 meter.

Når nettverk installeres benyttes kabel med 1 leder/fast kjerne. Dette for å unngå mest mulig støy, men også fordi slike kabler er lettere å trekke over lengre strekk.
Patche kabler består av flere tynne ledere som er tvunnet for å oppnå større fleksibilitet i kabelen. Men patche kabel er altså ikke nødvendigvis det samme som krysset kabel slik enkelte later til å tro. Derimot er det riktig at patche kabel som oftest benyttes i krysset utgave ettersom den er bøyelig og derfor godt egnet til f.eks. sammenkobling av hub/switch montert i rack hvor det er korte avstander.

Det er flere kvaliteter av kabel og isolasjonsmaterialer ute på markedet. For de fleste vil det holde med vanlig PVC isolasjon. Dette er en rimelig og grei kabling om det f.eks. skal benyttes på kontorer, hjemme eller liknende. I slike kabler er hver enkelt innvendige kabel isolert med PVC.
I industrielle miljøer vil det for noen være mer aktuelt å velge PTFE (også kalt Teflon). Dette er en isolasjon som gjør at kabelen koster ca 3 - 10 ganger så mye som PVC. PTFE/Teflon har imidlertid mange egenskaper som har sine fordeler. Bedre elektrisk isolasjon er naturligvis et viktig moment for noen. For andre er det egenskaper som "selvrensende" og "antistatisk" som er viktigst. Partikler fester seg ikke, det isolasjonen eldes ikke slik PVC gjør. PTFE/ (Teflon) tåler store variasjoner mht temperatur (ca -60°C til 260°C er vanlig) og mot høye elektriske spenninger opp til 1000V. Mekaniske egenskaper som høy fleksibilitet og styrke er også fordeler en del verdsetter. Dessuten tåler dette isolasjonsmaterialet både olje/bensin og andre kjemikalierNoen mener at "Teflon er det beste isolasjonsmaterialet som noen gang er laget". Det er imidlertid forskjellige meninger mht hvor enkelt det er å arbeide med. Isolasjoner hard og kan ikke bøyes med liten radius slik PVC kan. Noen mener også at Teflon gir større sansynlighet for refleksjoner av signalene ettersom det er forholdsvis hardt. Men om det er riktig at dette problemet er reelt relaterer det seg i hovedsak til de aller høyeste frekvensene (1-3 GHz og oppover).
PTFE/Teflon benyttes som isolasjon av mange forskjellige kabeltyper utenom Ethernet. Typiske bruksområder utenom tradisjonelt datautstyr er forsvarsapplikasjoner, olje/gass produksjon, jernbane, fly og sateltt applikasjoner, radar og løsninger der temperatur tærer hardt på annen isolasjon.
PTFE/Teflon kabel må absolutt regnes som et spesialprodukt, og er vanskelig å få tak i her i Norge sammenliknet med kabler med tradisjonell PVC isolasjon.

Å beskrive isolasjonsmetoder som galvanisk skille, optisk skille, etc burde egentlig vært gjort på en generell side som omhandler kabling og hardware generelt, men vi har valgt å berskrive det her og på beskrivelsen av andre kommunikasjonsstandarder som f.eks. RS232, RS422 og RS485,
Galvanisk skille er en isolasjonsmetode som isolerer mot DC spenninnger (Direct current). Galvanisk skille er en isolasjonsmetode der det benyttes små transformantorer (trafoer) ettersom disse slipper gjennom vekseselspenning (AC) og isolerer mot likespenning (DC). Idag er det meste av nettverksutstyr (kablet ethernet) utstyrt med galvansik skille (WLAN har naturlig skille pga trådløs overføring). Den vanligste isolasjonen når det gjelder galvanisk skille er på 1000V-1500V eller 1-1,5KV. På kretskortene synes disse som en liten kloss på f.eks. 5mm x 5mm (størrelsen varierer) i nærheten av der kretskort og kabel kobbles sammen. Dette betyr dessverre at eksterne ethernet enheter ikke kan slåes av/på ekternt uten at DC signalet er modulert til en form for AC signal. En slik modulering skjer i de fleste ethernet enheter som har galvanisk skille.
Galvanisk skille benyttes av forskjellige årsaker, men en av årsakene er at kablet ethernet (eller RS422 og RS485) ofte er så lange kabelstrekk at det benyttes forskjellige forskjellige elektriske kurser for router/switch/PC, etc i andre enden, eller at kablene plukker oppstøy/ladninger. Dermed kan det oppstå spenningsvariasjoner som det er ønskelig å beskytte mennesker og utstyr for.
En annen metode som er brukt er optisk skille. Denne løsningen konverterer spenninger til optiske signaler ved bruk av f.eks. lysdioder. På denne måten blir enhetene fysisk isolert fra hverandre på en annen måte enn galvanisk skille. Dette er en litt rimeligere metode å isolere utsyr på rent ektrisk, men har den ulempen at løsningen bare kan isolere AC spenninger fordi optisk isolasjon egner seg best til av/på styring. Løsningen er imidlertid også fin til å isolere jordfeil, etc. i utstyret for å forhindre bl.a. krypstrømmer.

“Straight through” kabel (1 til 1) har identisk pinout i endene
Krysset kabel har forskjellig pinout i endene
“Straight through” kabel (1 til 1) brukes som ”patche kabel”
Krysset kabel benyttes for 2 enheter i et nett uten hub/switch (f.eks. PC til PC), eller for sammenkobling av 2 hub’er/switch’er.
Gjennom et helt nettverk må det alltid være minst 1 krysset kabel for at 2 PC’er skal kunne kommunisere (unntatt for ”Uplink”/"auto sense"- se info nedenfor)
Pinout med like nummer er ALLTID ensfarget (og stripet kabel benytter alltid ulike nr. på pinout).
Når du holder en RJ45 konnektor med låsen FRA DEG med låsen ned, er alltid pinne 1 til venstre.
Når det lages en ethernet kabel skal aldri mer enn ca 1 cm av kabel tvinningen taes opp for å unngå støy (crosstalk).
Ethernet kabler bør aldri bøyes/deformeres mye eller legges i nærheten av støykilder som høyspent ledninger, lysstoffrør eller liknende som kan indusere støy.

Vær også oppmerksom på at en del utstyrs leverandører tilbyr såkalt ”Uplink” (manuell) eller "auto sense" (automatisk) link som tilsier at det kan benyttes rett 1-1 kabel også der det som oftest benyttes krysset kabel. Les derfor bruker manualen fra produsenten. SAMTIDIG ER DET INGEN "REGEL" FOR NÅR DET SKAL VÆRE EN DIREKTE "EN TIL EN KABEL". Det er likevel en generell oppfatning av hva som er "vanlig". I tabellen nedenfor har vi ført opp hva som oppfattes som vanlig.

Det har vært benyttet mange løsninger mht å tilføre eksterne enheter strøm over ethernet uten at det har vært noen standard. På denne siden vil det imidlertid bli begrenset til det som i dag er definert som standard 802.3af, og i 2003 ble det enighet om mulighet for å overføre 4 Watt, 7 Watt eller 15,4 Watt. Spenningsnivået er 48V DC og maks strømtrekk er definert til 400mA ihht denne standarden med en teoretisk effektoverføring på 19,2W. Mottager må kunne signal kabler (Phantom power) – Mode A, eller kabelpar som ikke er i bruk på 100Base-T – Mode B. PoE kan brukes på både 10Base-T, 100Base-T(4) og 1000Base-T, om mottager kan detektere en signatur for slik overførsel.

Fargekoder ihht standard T568B vil være som beskrevet i tegning av konnektor og kabel høyere opp på siden.

PoE kan imidlertid ikke benyttes over ubegrensede kabellengder ettersom det vil bli noe effekttap gjennom kopperkabelen. AWG tabellen (den "grønne) ovenfor viser at en typisk AWG 24 kabel (Cat 5E kabel) har en typisk motstand på 0,084 ohm/meter, dvs ca 4,2 ohm over en kabellengde på 50 meter. Dette tapet kan medføre at PoE utstyr blir ustabilt pga for liten effekttilgang.
Her finner du en kalkulator for å bergne kabel lengde ved bruk av PoE.

Power over Ethernet (PoE) forutsetter imidlertid at det ikke er noen cat 3 eller 4 i nettverket ettersom disse standardene bruker alle 8 ledere. Også tradisjonelle telefonsystemer kan benytte disse lederne og må da ikke kombineres med PoE (gjelder ikke IP telefoni). Benytt ikke PoE om du ikke er sikker på om alt utstyr i nettet støtter dette.

Om ønsker informasjon som ikke finnes på våre sider, ber vi deg kontakte oss med f.eks. en mail til vår support avdeling. Vi vil da forsøke å få opp mer informasjon så raskt som mulig.

Hjemmesidene til Irontech AS besøkes årlig av nesten 40.000. De 2 siste årene har Irontech vært "leid ut", men vil bli vurdert solgt for "en årslønn". Dette vil kjøper garantert tjene inn første året, og hvis så ikke skjer vil det overskytende betales tilbake.
Også undertegnede som har skrevet denne artikkelen (eier av Irontech AS) og andre tekniske artikler på Irontech sin hjemmeside kan tenke seg å vurdere jobbtilbud med lønnsnivå ned mot statens satser av personlige årsaker.

Ethernet interface finnes imidlertid også i våre PC løsninger som du finner i linkene nedenfor. Ethernet benyttes også i forbindelse med vår som leveres i forskjellige størrelser.

For mer informasjon om Ethernet, sjekk f. eks. http://www.netc.org eller debatt forum som omhandler ethernet spesielt på http://www.ng-ethernet.com/ethernet_forum/.

Vi vil forsøke å få skrevet noen artikler om andre kjente kommunikasjonsstandrder også i nærmeste framtid.

ETHERNET